變頻空調風(fēng)機中永磁同步電機矢量控制方案

　　無(wú)位置傳感器算法，包括反電動(dòng)勢檢測（Luenberger Observer） 和轉子位置/速度重構（PLL： Phase Lock Loop ）兩部分，結構如下圖4：

　　3.3 MTPA效率最優(yōu)控制

　　MTPA（每安培電流最大轉矩）控制，也就是系統效率最優(yōu)控制，下面等式為永磁同步電機的力矩方程，永磁同步電機力矩：包括同步力矩和磁阻力矩。

　　永磁同步電機從電機結構上來(lái)分，可分為磁鋼表貼式和內置式兩種。表貼式永磁同步電機（SM-PMSM），直軸電感等于交軸電感（Ld = Lq）；而內置式永磁同步電機（I-PMSM）， 直軸電感小于交軸電感（Ld < Lq）。

　　表貼式永磁同步電機，Ld等于Lq，只有同步力矩，控制ids等于零時(shí)，系統效率最優(yōu)。

　　&middot;內置式永磁同步電機，Ld一般小于Lq，存在同步力矩和磁阻力矩，當ids小于零時(shí)，可以利用磁阻力矩使系統效率最優(yōu)。內置式永磁同步電機MTPA功能示意如圖5。

　　4. 針對空調風(fēng)機應用的系統設計

　　針對空調風(fēng)機應用的特點(diǎn)，加入噪音消除、抗臺風(fēng)起動(dòng)及電機缺相檢測等功能模塊。

　　4.1噪音消除功能

　　為提高空調舒適度，對空調系統的噪音指標有嚴格的要求，也是評價(jià)一個(gè)空調質(zhì)量好壞的重要指標。對于功率不大且為主要噪音源之一的空調風(fēng)機，低噪音顯得尤為重要。

　　具有正弦型反電動(dòng)勢或氣隙磁場(chǎng)的永磁同步電機（正弦波永磁電機PMSM），采用FOC矢量控制，輸入正弦的定子相電壓和定子相電流可產(chǎn)生穩定的輸出力矩，具有低噪音的特點(diǎn)。但是，在應用中發(fā)現，正弦波永磁電機反電動(dòng)勢很少能難達到理想的正弦型，有的干脆就是一個(gè)反電動(dòng)勢為梯形波的永磁同步電機（方波永磁電機BLDC），這種電機采用FOC矢量控制，會(huì )使定子電流畸變而產(chǎn)生電機噪音。

　　針對反電動(dòng)勢波形介于PMSM和BLDC之間這類(lèi)永磁電機采用矢量控制，專(zhuān)門(mén)加入噪音消除功能模塊，通過(guò)加入N次諧波補償的方式，使定子電流更接近正弦，從而達到消除或降噪的目的。下面是定子相電流波形得到了很好的改善，噪音得以明顯的降低。

　　4.2 抗臺風(fēng)起動(dòng)能力

　　對于空調室外風(fēng)機，由于風(fēng)機在室外，必須保證在各種自然條件的影響下能正常工作，特別是強風(fēng)的影響下，風(fēng)機能夠正常起動(dòng)、運行或報警。對于無(wú)位置傳感的永磁同步電機矢量控制，由于動(dòng)態(tài)響應快的特點(diǎn)，正常運行階段在強臺風(fēng)下也能夠正常工作。但是由于沒(méi)有位置傳感，需要有一個(gè)開(kāi)環(huán)起動(dòng)過(guò)程，來(lái)建立起轉子位置和速度信號，這個(gè)起動(dòng)過(guò)程力矩是比較小的，在強臺風(fēng)影響下，很難保證風(fēng)機能可靠的起動(dòng)。

　　為了抗臺風(fēng)，除了盡可能增大風(fēng)機起動(dòng)力矩外，本方案還增加了抗臺風(fēng)起動(dòng)功能模塊，保證風(fēng)機能夠成功起動(dòng)或給出強臺風(fēng)報警信號。風(fēng)機在停機時(shí)，強風(fēng)吹動(dòng)下風(fēng)機的轉速和方向跟風(fēng)力的大小及風(fēng)向有關(guān)，風(fēng)機能否成功起動(dòng)主要和起動(dòng)前風(fēng)機的風(fēng)速相關(guān)。這樣，首先需要通過(guò)程序檢測出風(fēng)機起動(dòng)前的初始轉速和方向，然后根據監測結果進(jìn)行不同的起動(dòng)過(guò)程處理，可分為如下三種情況：

　　&middot;直接起動(dòng)

　　當風(fēng)機正轉且轉速大于一定值的情況下，直接進(jìn)入運行模式。

　　&middot;強臺風(fēng)報警，停止正常起動(dòng)

　　當風(fēng)機轉速太高，不能保證風(fēng)機正常起動(dòng)時(shí)，發(fā)出強臺風(fēng)報警，風(fēng)機停止正常起動(dòng)。

　　&middot;正常起動(dòng)

　　除1）和2）的其他情況，風(fēng)機能夠確保起動(dòng)成功，按正常的起動(dòng)程序起動(dòng)風(fēng)機。

　　經(jīng)過(guò)模擬強臺風(fēng)測試，系統能夠安全地起動(dòng)和運行，同時(shí)在實(shí)際的室外環(huán)境測試中，在強風(fēng)環(huán)境下起動(dòng)、運行的性能也得到了驗證。

　　4.3 電機缺相檢測

　　為了保證風(fēng)機正常起動(dòng)、運行，每次電機起動(dòng)前都要進(jìn)行電機缺相檢測，通過(guò)相應的功能函數檢測出風(fēng)機三相線(xiàn)是否連接正常和3相逆變橋是否完好，如果檢測到缺相，則停止風(fēng)機起動(dòng)并報缺相警報，確保風(fēng)機每次進(jìn)入起動(dòng)程序后都能夠成功，同時(shí)使系統具有相應的錯誤診斷能力。

　　5. 結論

　　本文介紹的永磁同步電機的矢量控制方案，具有系統工作穩定可靠，效率高、低成本，節能及噪音小等特點(diǎn)，完全能夠滿(mǎn)足空調風(fēng)機的實(shí)際使用要求。